16479x
001529
2018-07-25

Определение потерь напряжения от релаксации для расчета предварительно напряженного бетона

Общие сведения

Ползучесть и усадка - это зависящие от времени свойства бетона. В то время как потери от усадки бетона не зависят от нагрузки, при ползучести значительную роль играет прикладываемая нагрузка от давления. Ползучесть представляет собой дополнительную отрицательную деформацию (сжатие) бетона при постоянном сжимающем напряжении. Ползучесть и усадка приводят, из-за отрицательной деформации бетонного сечения, к уменьшению приложенной растягивающей деформации в напрягаемой арматуре.

Релаксация - это свойство материала предварительно напряженной стали, которое обратно пропорционально ползучести бетона. Термин «релаксация» описывает уменьшение существующего напряжения при постоянно действующей деформации материала. На рисунке 01 графически показано влияние ползучести и релаксации напряжений на кривую напряжения-деформации преднапряженной стали.

Потери от релаксации напряжений по норме EN 1992-1-1 [1]

Свойства преднапрягаемой стали при релаксации напряжений определяются по норме EN 15630 при постоянной температуре 20°C. Что касается поведения релаксации в зависимости от времени и напряжения, предварительно напряженные стали классифицируются по различным классам. Холоднотянутые проволоки и пряди в настоящее время производятся с соответствующей термообработкой с низкой и очень низкой релаксацией. Предварительно напряженные стержни в большинстве случаев подвергаются горячей прокатке и закалке и обычно имеют более высокие потери на релаксацию.

Степень, в которой должны применяться потери напряжения от релаксации при расчете предварительно напряженного бетона, зависит от соответствующего действующего стандарта проектирования в соответствующей стране. Может случиться так, что преднапряженная сталь разных производителей в европейских странах: Германии, Австрии и Швейцарии, должна быть рассчитана с различными потерями от релаксации [4]. Еврокод 2 [1] классифицирует преднапряженную сталь по трем разным классам потерь от релаксации напряжений:

  • Класс 1: преднапряженные проволоки и канаты со стандартной релаксацией
  • Класс 2: преднапряженные проволоки и канаты с низкой релаксацией
  • Класс 3: горячекатаные или закаленные преднапряженные стальные стержни

Как указано в главе 3.3.2 нормы EN 1992-1-1 [1], расчеты потерь от релаксации напряжений преднапряженой стали должны быть основаны на показателях времени, прошедшего после преднапряжения, приложенного напряжения и контрольного значения ρ1000. Контрольное значение ρ1000 определяет потери от релаксации напряжений после 1000 часов растяжения при средней температуре 20 °C и предварительном напряжении 0,7 ∙ fp. fp является фактическим, экспериментально определенным пределом прочности преднапряженной стали на растяжение. Применяемые контрольные значения ρ1000 должны быть взяты либо из протокола испытаний преднапряженной стали, либо могут быть установлены по значениями, указанным в литературе [1]. На рисунке 02 показано графическое распределение потерь от релаксации напряжений по норме EN 1992-1-1, раздел 3.3.2 для трех возможных классов релаксации при преднапряжении 0,7 ∙ fpk.

Если мы выберем преднапряженную сталь из библиотеки материалов в RF-TENDON, в строке «Определение релаксации» будет по умолчанию задано «По норме». Это означает, что в расчете потерь напряжений, на основе класса релаксации, определенного по норме EN 1992-1-1 [1], применяются уравнения 3.28 - 3.30 и контрольные значения ρ1000 для потерь от релаксации напряжений после 1000 часов, указанные в [1]. В левом диалоговом окне на рисунке 03 показана прядь, выбранная из библиотеки материалов RF-TENDON с низкой релаксацией. Предварительно установленный класс релаксации (класс 2) и контрольное значение ρ1000 = 2,5 соответствуют указаниям главы 3.3.2, разделы (6) - (7) из нормы [1]. В правом диалоговом окне на рисунке 03 мы выбрали для релаксации напряжений опцию "Пользовательское ρ1000". Таким образом, мы можем задать класс релаксации и контрольное значение ρ1000 по техническому свидетельству преднапрягаемой стали. Изменение во времени потерь от релаксации напряжений определяется в этом случае по уравнениям 3.28 - 3.33 из нормы [1].

Потери от релаксации после технического допуска преднапрягаемой стали

Согласно немецкому национальному приложению [2] к норме EN 1992-1-1 следует принять потери от релаксации согласно техническому свидетельству преднапряженной стали. Существует несколько вариантов ввода потерь от релаксации.

Часто применяемым в Европе способом является задание потерь напряжений при помощи двух таблиц. В первой таблице указаны максимальные потери от релаксации в момент времени в бесконечности (согласно п. 3.3.2 (9) нормы [1] разрешается определять конечное значение в момент времени t = 500 000 часов) в зависимости от приложенного напряжения. Вторая таблица определяет временной ход релаксационных потерь как отношение к максимальной потере напряжения из первой таблицы. Это разделенное определение релаксационных потерь также появляется в RF-TENDON, если опция «По таблице пользователя» выбрана в опции ввода для определения релаксации. Здесь у пользователя есть возможность определить ход времени как общее определение для всех соотношений напряжений (= таблица времени для всей таблицы полных релаксационных потерь) или определить его отдельно как локальные входные данные для каждого отношения напряжений (= a таблица времени для каждой строки таблицы общих релаксационных потерь). На рисунке 04 показан пример задания пользователем потерь напряжения для преднапряженного стального каната с низкой релаксацией.

В Германии потери от релаксации напряжений обычно приведены в матрице в техническом свидетельстве преднапрягаемых сталей. Потери напряжения указаны в зависимости от приложенного напряжения в преднапрягаемой арматуре и ее долговечности. На рисунке 05 приведен фрагмент немецкого технического свидетельства преднапрягаемой стали Z-12.3-107.

Чтобы ввести матрицу релаксационных потерь, показанную на рисунке 05, в двухчастную таблицу RF-TENDON, необходимо взять общие потери напряжения из последней таблицы матрицы. В RF-TENDON время релаксационных потерь должно быть определено как отношение к максимальному значению. Это означает, что промежуточные значения времени в матрице должны быть преобразованы в относительные значения, по отношению к максимальным значениям. На рисунке 05 показано присвоение значений матрицы отдельным таблицам ввода данных в RF-TENDON.

В конце статьи доступен для скачивания файл Excel, который позволяет автоматически преобразовать матрицу утверждения в двухчастную таблицу. Отдельные таблицы можно экспортировать в RF-TENDON с помощью буфера обмена. Данный инструмент упрощает преобразование матрицы потерь от релаксации в данные ввода таблицы из двух частей.


Автор

Г-н Мейергофер является руководителем отдела разработки программ для расчета железобетонных конструкций.

Ссылки
Ссылки
  1. EN 1992-1-1: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2004
  2. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau; DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04
  3. Navrátil, J.: Prestressed Concrete Structures, 2. Auflage. Ostrava:Technical University of Ostrava, Faculty of Civil Engineering, 2014
  4. ČSN 73 6206: Navrhování betonových a železobetonových mostníchkonstrukcí
Скачивания